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Rang de matrices

Posté par Profil Brahim156 22-05-19 à 13:34

Bonjour

je me trouve confronter à un problème de démonstration
je suis en train de lire et essayer de comprendre un cours ( d'un livre) sur l analyse des données (analyse factorielle) et dont le contenu fait référence à beaucoup de théories algébriques et notamment matricielles. Ainsi je suis tombé sur un passage pour lequel une aide sera la bienvenue.

Pour faire résumé voilà les données:
soit donc une matrice X (nxp) n : lignes et p colonnes et X' sa transposée

par hypothèse j ai le produit X'X (pxp): matrice symétrique et r un entier inférieur à min(n,p)

merci de m'aider à démontrer que:  
rang (X'X) = r alors rang (XX') = r et  rang(X)=r

Posté par
carpediem
re : Rang de matrices 22-05-19 à 13:56

salut

raisonne en terme de morphismes

X est la matrice d'un morphisme u de Kp dans Kn
X' est la matrice d'un morphisme v de Kn dans Kp

X'X est la matrice de v o u
XX' est la matrice de u o v

et on sait que rang X = rang u = Dim (Im u)

...

Posté par Profil Brahim156re : Rang de matrices 22-05-19 à 14:31

merci pour la réponse

Je vais essayer de comprendre en utilisant votre proposition (ça me pousse à revoir d'autre parties du cours!)

je vous tiendrai au courant

Posté par Profil Brahim156re : Rang de matrices 22-05-19 à 15:46

Voilà ce que j ai pu collecter

X'X : matrice de u o v   (pxp)
XX': matrice associée de v o u   (nxn)

et donc en supposant que les rangs de u et v sont finis , on a:
rg (u o v) inférieur ou égal à min (rg u; rg v)
et rg (v o u ) inférieur ou égal à min(rg u; rg v)

ainsi rang des 2 matrices (X'X et XX') est inférieur ou égal au min (rg X'X , rg XX')

mais je vois pas dans  tout cela un début d'explication dans la proposition qui dit :
si rg X'X = r alors rg XX' = r et rg X = r

merci encore

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Rang de matrices 22-05-19 à 19:23

Une idée

En identifiant une matrice à son endomorphisme canoniquement associé comme le suggère carpediem on peut penser à examiner les noyaux (étroitement liés aux rangs par le théorème du rang)

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Rang de matrices 22-05-19 à 19:58

\Large \boxed{^tXXx=0\Rightarrow<^tXXx,x>=0\Rightarrow <Xx,Xx>=0\Rightarrow Xx=0}


ce qui veut dire que \Large \boxed {\ker^tXX=\ker X}

Posté par Profil Brahim156re : Rang de matrices 22-05-19 à 20:31

merci pour la réponse

deux précisions si possible:
c 'est bien le produit scalaire que vous utilisez
si  oui comment on passe de (avec la notation que je connais du produit scalaire)
X'Xx.x =0 à Xx.Xx=0

Posté par Profil Brahim156re : Rang de matrices 22-05-19 à 21:28

en attendant je pense avoir (en partie) compris

X'X étant symetrique on a:
X'Xx.x = (X'Xx)'x= x'X'Xx=( Xx)'Xx=Xx.Xx=0

d ou rg X'X = rg X

sauf que pour Rang X'X , il est different de rang XX'  une est nxn et l autre pxp
comme elles sont toutes les 2 symétriques  elles sont diagonalisables et donc l'une est de rang n et lautre de rg p
corrigez moi si je me trompe

et merci encore

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Rang de matrices 22-05-19 à 21:34

C'est la définition même du transposé (adjoint) d'un endomorphisme d'un espace euclidien \Large \boxed {<u (x),y>=<x,u^*(y)>}

Posté par Profil Brahim156re : Rang de matrices 22-05-19 à 22:18

il reste aussi 2 choses pas claires pour moi
1/ X'X est une matrice pxp  tandis que X est une nxp alors qu on deduit qu elles ont meme rang

2/ pour les 2 matrices symétriques , elles ne sont pas necessairement de même rang ?

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Rang de matrices 22-05-19 à 22:22

Tu connais le théorème du rang ?

Posté par Profil Brahim156re : Rang de matrices 22-05-19 à 22:33

tu veux parler de u application lineaire de E ds F on a Dim E = Rg u  + dim ker u

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Rang de matrices 22-05-19 à 22:34

Exactement

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Rang de matrices 22-05-19 à 22:36

^tXX et X ont même espace de départ non ?

Posté par Profil Brahim156re : Rang de matrices 22-05-19 à 22:46

d accord c vrai donc rg (départ )= p   et rg u = rg X'X= rgX = p - dim ker u

par contre il reste la question du rg des 2 matrices X'X et XX', il n est pas égal?

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Rang de matrices 23-05-19 à 15:40

par une approche analogue :


\Large \boxed{X^tXx=0~\Rightarrow~<X^tXx,x>=0~\Rightarrow~<^tXx,^tXx>=0~\Rightarrow~^tXx=0}


d'où \Large \boxed{\ker X^tX=\ker^tX} et par le théorème du rang \Large \boxed{n-rgX^tX=n-rg^tX} soit \Large \boxed{rgX^tX=rg^tX}


il te reste maintenant à voir (pour conclure) que \Large \boxed{rg^tX=rg X} c'est un résultat classique sauf erreur

Posté par Profil Brahim156re : Rang de matrices 23-05-19 à 17:15

Merci

pour la dernière on le demontre en passant par une matrice semblable Dr ( contenat  bloc Ir et 3 autres blocs = 0)  et des matrices de passage d où:

X=QDrP^{-1} \RightarrowX^{t}=(QDrP^{-1})^{t}


X et X^{t} sont toutes les 2 semblables à Dr (car Dr et sa transposé ont même rg r) d où le résultat recherché : rg X =rgX^{t}= r

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Rang de matrices 24-05-19 à 15:04

Oui et c'est plutôt "équivalentes" au lieu de ""semblables"



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